高超音速武器集超高速、高毁伤、高突防能力等诸多优点于一身,速度快,能够快速打击。与现役武器装备相比,高超音速武器最明显的优势就是快。高超音速武器具有5马赫至25马赫的飞行速度,基本具备发现即摧毁的实时攻击能力,能够实施瞬时空天打击。
由于高超音速武器弹道低、速度高,现有的雷达预警和防空系统很难对这样的目标进行实时捕捉跟踪和瞄准摧毁。也就是说现有的反导系统,对高超音速武器是无效的。现有的高超音速导弹主要分为两类,一类为“助推滑翔型”(下文简称“滑翔型”),这类导弹通常由助推器和滑翔器两部分组成,助推器通常为火箭发动机,在加速到一定速度和高度后,助推器分离,之后会释放无动力的滑翔器,滑翔器内置制导系统、姿态和弹道控制装置和战斗部。
另一类为“吸气式超燃冲压型”(,这类导弹会先由助推器将其加速到一定速度和高度后,助推器分离,导弹再启动超燃冲压发动机以高超音速飞向目标。这类导弹由于还需要解决超燃冲压发动机的技术问题,研发难度要高于“滑翔型”,但由于这类导弹采用一体化设计,尺寸要小于“滑翔型”,更适合战斗机和轰炸机挂载,是未来高超音速导弹的理想发展方向。美国从80年代就提出发展高超音速武器的计划。美国认为:高超音速武器将是一个可以轻易改变战争游戏规则的杀手锏,在高超音速武器面前,任何防空系统在高超音速武器面前将毫无用武之地。1996年开始X-43A进行了飞行试验,使用氢燃料超燃冲压发动机,最大速度突破了 9.8 马赫。X-43A使美国成为是人类第一个实现超燃冲压发动机高超音速飞行器飞的自主飞行的国家,称为“自1903年莱特兄弟首次飞行以来航空技术的最大突破”。
但是到目前为止,美国因为种种原因,高超音速武器并没有取得最终的胜利,2014年8月25日美国实验的高超音速武器在阿拉斯加州测试时发生严重故障:升空仅四秒后爆炸并坠落在测试基地内,所以美俄的超高音速武器一直处于试验状态。美国对高超音速导弹非常重视,实际上,经过了近20多年的发展,美国高超声速助推滑 翔导弹已经形成了海陆空三军共同发展、射程从上千千米到四五千千米、发射平台覆盖飞机/舰艇/ 潜艇/车辆等性能多样、谱系丰富的发展格局。唯一遗憾的就是,还没有研制成功,并且多次失败。
中国能够研发出高超音速导弹离不开钱学森和郭永怀,以DF17为例子,DF17乘波体高超音速弹道导弹具有两大特点,一是其速度超快,其速度能够达到10马赫,即使是硬砸都能把航空母舰给砸沉;二是利用钱学森弹道来“打水漂”,中段/再入段的飞行轨迹就再也无法预测,面对如此高速的弹头几无拦截希望。敌方反导拦截的概率无限接近于0。利用钱学森弹道,总设计师祝学军研制的DF17最BUG的一点就是,可以中途多次变轨,如果目标移动,它可以在中途实时变换轨道,重新锁定目标,让敌人逃无可逃。
据外媒报道,DF17末端速度最快可以达到20马赫,也就是每秒6806米每秒,第一岛链最远只有1800千米,只需要4分钟的时间就可以到达,这样恐怖的速度任何防空都没有反应的时间。这标志着中国可以在短短几分钟内迅速摧毁任何西太平洋内任何的军事目标。郭永怀则是高超音速武器概念的提出者之一,他曾于50年代就已经提出了发展高超音速武器的概念。郭永怀之前一直从事空气动力学的研究,在读博士期间,郭永怀进行当时空气动力学的前沿问题——跨声速流下连续解的研究,他着重对跨声速理论与粘性流动进行了深入的研究,先后发表了《可压缩无旋亚声速和超声速混合型流动和上临界马赫数》(与钱学森合作)《关于中等雷诺数下不可压缩粘性流体绕平板的流动》《弱激波从沿平板的边界层的反射》等重要文章,解决了跨声速流动中的重大理论问题。与此同时,为了解决边界层的奇异性,他改进了庞加莱、莱特希尔的变形参数和变形坐标法,发展了奇异摄动理论。
在50年代初郭永怀就注意到离超声速流动这一方向,研究了高超声速激波边界层干扰和离解效应。1957年,郭永怀在《现代空气动力学问题》的报告中,指出高超声速空气动力学应该是我国随后一个时期的重点研究方向。而这一倡议让祖国在高超音速武器的研究上领先全世界,要知道美国在上世纪80年代才开始研发一系列的高超音速打击武器,提出“高速飞行器技术整合”、“空射快速响应武器”等计划!当时,受限于环境与条件,郭永怀没有办法立即将这想法付诸行动。但是他和钱学森极力倡导在国内开展高速、超高速空气动力学、电磁流体力学和爆炸力学等新兴学科的研究。为了将这些领域的研究铺开,他在北京组织了高超声速讨论班,研究探讨了许多前沿领域的重大课题,对我国高速飞行器的研究有着重要的指导意义。
根据著名科学家钱学森、郭永怀的构想,我国于1965年在四川组建了高速空气动力研究机构,1968年,郭永怀在此基础上又领导组建了中国空气动力研究与发展中心,下设计算空气动力学研究所、低速空气动力学研究所、高速空气动力学研究所、超高速空气动力学研究所、设备设计与测试技术研究所五大中心研究所以及吸气式高超声速技术研究中心。40多年来,中国空气动力研究与发展中心建造了数十座高质量的风洞,其规模堪称亚洲之最。
也正是因为有了高超音速风洞,中国才得以研发出高超音速导弹,